虚实结合的《单片机原理及应用》教学改革

田红霞++吕宏丽

摘要：本文在介绍了单片机原理及应用教学改革措施，论述了利用Proteus和Keil搭建仿真实验的优势，并使其贯穿于单片机教学的各个环节；在考核方式上，提出了笔试与实践相结合的考核方式。实践表明，在实际教学中取得了很好的教学效果，在培养应用型、地方性人才方面取得了较好的效果。

关键词：单片机；Proteus Keil；仿真实验

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）23-0056-02

一、单片机教学的整改措施

《单片机原理及应用》课程是我院建设的精品课。目前有7个专业开设了该门课程。其中机械设计制造及其自动化、测控技术与仪器专业及机电一体化专业因为其课程相关基础知识较薄弱，使得学生对该门课程的学习效果较差。近年来为了提高教学效果采取了以下措施：（1）选取优秀教材，结合前沿技术讲授。（2）CAI与板书相结合。（3）不断培养学生自主学习能力，激励学生课前预习，加强师生课下交流。在课余时间开放实验室给学生。（4）加强实践环节建设，加强学生动手能力培训。实验内容不断更新，兼顾基本训练和创新能力的培养。不定期举办电子设计大赛。

以上各个措施各有可取之处，但是从教学效果来看，并不是最理想的方式。因为理论和实践的结合不能够完全同步进行，而建立课堂虚拟实验室，把理论课放到实验室里进行，则可以解决以上措施存在的教学效果不理想的现象。在进行理论学习时，在实验平台上及时动手操作，那么就可以让学生从理论、视觉和触觉都同时接触到单片机，可以帮助他们理论结合实际地理解单片机。这样理论知识会更加形象，便于理解和记忆，也能让学生及时发现自己对知识的掌握程度。因此将理论知识讲授和实践融合到一起同时进行才是最佳的教学安排。依据单片机实践性很强的特点，本文介绍通过将仿真软件Proteus和Keil相结合以仿真的形式把实验搬进课堂，可以直观地看到教学理论结果，从而最大可能地激发学生的学习积极性、主动性。

二、Proteus和Keil搭建仿真实验的优势

采用Proteus仿真软件和Keil搭建单片机虚拟实验室，不仅可以仿真和观察单片机内部资源的变化，还能够在程序调试过程中观察单片机外围电路的变化情况，使得硬件电路和软件程序互动起来，真正实现了软硬件协同仿真。并且采用Proteus仿真软件进行实验教学，克服了用单片机实验教学中硬件电路固定、学生不能更改、实验内容固定等方面的局限性，可以扩展学生的思路和提高学生的学习兴趣。

实验能力和实验设计能力的培养，是工科学生解决实际工程问题能力中较为重要的。传统的实验教学中，忽视了学生解决实际问题的培养，对于设计能力的培养，则很少涉及到。如果采用传统的实验教学方法，则学生需要购置的设备比较多，增加了他们学习和研究的投入。采用仿真软件后，学习的投入变得比较小，而实际工程问题的研究，也可以先在软件环境中模拟通过，再进行硬件的投入，这样处理，可以节省因方案不正确所造成的硬件投入的浪费，锻炼学生解决实际工程问题的能力，还可以在进行课程设计或进行大实验的时候，具体地在Proteus中做一个工程项目，并将其最后移植到一个具体的硬件电路中，让学生了解将仿真软件和具体的工程实践如何结合起来，利于学生对工程实践过程的了解和学习。

三、虚拟实验室在教学中的应用

1.教学的验证性。该阶段主要用于教学演示，教师通过将Proteus和Keil建立的虚拟实验平台搬到课堂上，将实践教学与理论教学融为一体，从而改进教学效果。另外也让学生熟悉Proteus与Keil软件环境，使学生对单片机实验仿真有感性认识。比如在讲授单片机课程时，学生总是不太理解数码管的动态显示时当刷新频率过高或过低时，会回导致怎样的实验现象。但在课堂上使用Protues和Keil联调建立的实验平台后，单片机教学中许多抽象的概念都可以以直观的方式介绍给学生，这有助于学生对各种理论概念的消化吸收。多片数码管动态显示效果如图1所示。

2.教学的可操作性。该阶段主要是通过实验和作业教学环节，培养学生用Proteus绘制系统原理图及用Keil进行源程序设计的能力。实验指导书给出实验任务与要求、实验原理图。学生可以根据实验原理图，在任何时间、任何地点用Proteus绘制硬件电路图，按照实验要求设计程序进行实验仿真，这样有助于学生及时理解课上所学内容。

3.教学的创造性。主要激发学生学习单片机的兴趣及学习主观能动性，提高学生科研能力及创新能力。该阶段主要与实训或课程设计教学环节相结合。学生根据设计任务及要求设计硬件电路，包括CPU型号的选择、元器件型号的选择、各参数的设置、各部分电路的设计及连接等，并绘制Proteus硬件原理图；根据硬件功能模块进行软件设计，包括系统总体设计框图、各子模块程序流程图及源代码编写等。软硬件设计完成后，充分利用Proteus与Keil的联合仿真功能，及时发现并改正硬件电路或程序源码的错误。系统仿真成功后，再制作实物，并比较两者的异同。比如设计题目为“步进电机速度控制”，学生可以用Proteus设计出如图2所示的原理图，在Keil软件编写程序后，在Proteus环境仿真运行，很直观地看到控制效果。

四、合理的考核方式

传统采用闭卷考试的方式，对考核学生对知识的理解和记忆具有一定的效果，但是不利于激发学生的创造性和探索新知识的主动性。因此，探索合理的考核方式对提高学生学习积极性和主动性起着非常重要的作用。为此，采取了笔试与实践相结合，并能够体现学生平时学习中表现出来的状态的多元化的考核方式，以其能够更加公平、真实地反映学生的学习水平。笔试考核成绩占50%与实践考核成绩各占40%，平时成绩占10%。笔试考核重点考查学生对相关知识的理解和记忆能力。实践考核既可以选择仿真实验也可以选择实际电路实验，以考查学生的创造性和动手能力。实践证明，通过这种多元化的考核方式，能加强教学过程控制，提高教学质量。学生反映良好，教学效果很好。

五、结束语

《单片机原理及应用》是电类相关专业一门应用面较广、综合性实践性较强的专业课，起着培养学生控制系统设计能力和初步工程经验的作用。文中提出在教学过程引入Proteus仿真软件和Keil构建的虚拟实验室，将实验环节带入了学生平时的学习，不仅解决了理论教学过程中进行课堂演示实验难的问题，而且使学生能够摆脱单片机硬件实验室，在课余时间有一个动手的平台进行单片机系统的软硬件设计，有效地提高了教学效率，扩展了教学时间和空间。考核方式的改革实现了理论与动手能力的真正结合。

参考文献：

[1]伍冯洁，谢斌.基于Proteus与Keil的单片机实验教学改革[J].实验室研究与探索，2009，（28）.

[2]王法杰.基于Proteus和Keil仿真实验平台在单片机教学中的应用[J].大众科技，2008，（6）.

[3]唐明军，王平.单片机课程教学改革的思考与探索[J].中国科教创新导刊，2009，（28）.

作者简介：田红霞（1976-），女，河北省藁城市人，硕士研究生，讲师，研究方向：电气工程及其自动化教学与科研。

endprint

摘要：本文在介绍了单片机原理及应用教学改革措施，论述了利用Proteus和Keil搭建仿真实验的优势，并使其贯穿于单片机教学的各个环节；在考核方式上，提出了笔试与实践相结合的考核方式。实践表明，在实际教学中取得了很好的教学效果，在培养应用型、地方性人才方面取得了较好的效果。

关键词：单片机；Proteus Keil；仿真实验

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）23-0056-02

一、单片机教学的整改措施

《单片机原理及应用》课程是我院建设的精品课。目前有7个专业开设了该门课程。其中机械设计制造及其自动化、测控技术与仪器专业及机电一体化专业因为其课程相关基础知识较薄弱，使得学生对该门课程的学习效果较差。近年来为了提高教学效果采取了以下措施：（1）选取优秀教材，结合前沿技术讲授。（2）CAI与板书相结合。（3）不断培养学生自主学习能力，激励学生课前预习，加强师生课下交流。在课余时间开放实验室给学生。（4）加强实践环节建设，加强学生动手能力培训。实验内容不断更新，兼顾基本训练和创新能力的培养。不定期举办电子设计大赛。

以上各个措施各有可取之处，但是从教学效果来看，并不是最理想的方式。因为理论和实践的结合不能够完全同步进行，而建立课堂虚拟实验室，把理论课放到实验室里进行，则可以解决以上措施存在的教学效果不理想的现象。在进行理论学习时，在实验平台上及时动手操作，那么就可以让学生从理论、视觉和触觉都同时接触到单片机，可以帮助他们理论结合实际地理解单片机。这样理论知识会更加形象，便于理解和记忆，也能让学生及时发现自己对知识的掌握程度。因此将理论知识讲授和实践融合到一起同时进行才是最佳的教学安排。依据单片机实践性很强的特点，本文介绍通过将仿真软件Proteus和Keil相结合以仿真的形式把实验搬进课堂，可以直观地看到教学理论结果，从而最大可能地激发学生的学习积极性、主动性。

二、Proteus和Keil搭建仿真实验的优势

采用Proteus仿真软件和Keil搭建单片机虚拟实验室，不仅可以仿真和观察单片机内部资源的变化，还能够在程序调试过程中观察单片机外围电路的变化情况，使得硬件电路和软件程序互动起来，真正实现了软硬件协同仿真。并且采用Proteus仿真软件进行实验教学，克服了用单片机实验教学中硬件电路固定、学生不能更改、实验内容固定等方面的局限性，可以扩展学生的思路和提高学生的学习兴趣。

实验能力和实验设计能力的培养，是工科学生解决实际工程问题能力中较为重要的。传统的实验教学中，忽视了学生解决实际问题的培养，对于设计能力的培养，则很少涉及到。如果采用传统的实验教学方法，则学生需要购置的设备比较多，增加了他们学习和研究的投入。采用仿真软件后，学习的投入变得比较小，而实际工程问题的研究，也可以先在软件环境中模拟通过，再进行硬件的投入，这样处理，可以节省因方案不正确所造成的硬件投入的浪费，锻炼学生解决实际工程问题的能力，还可以在进行课程设计或进行大实验的时候，具体地在Proteus中做一个工程项目，并将其最后移植到一个具体的硬件电路中，让学生了解将仿真软件和具体的工程实践如何结合起来，利于学生对工程实践过程的了解和学习。

三、虚拟实验室在教学中的应用

1.教学的验证性。该阶段主要用于教学演示，教师通过将Proteus和Keil建立的虚拟实验平台搬到课堂上，将实践教学与理论教学融为一体，从而改进教学效果。另外也让学生熟悉Proteus与Keil软件环境，使学生对单片机实验仿真有感性认识。比如在讲授单片机课程时，学生总是不太理解数码管的动态显示时当刷新频率过高或过低时，会回导致怎样的实验现象。但在课堂上使用Protues和Keil联调建立的实验平台后，单片机教学中许多抽象的概念都可以以直观的方式介绍给学生，这有助于学生对各种理论概念的消化吸收。多片数码管动态显示效果如图1所示。

2.教学的可操作性。该阶段主要是通过实验和作业教学环节，培养学生用Proteus绘制系统原理图及用Keil进行源程序设计的能力。实验指导书给出实验任务与要求、实验原理图。学生可以根据实验原理图，在任何时间、任何地点用Proteus绘制硬件电路图，按照实验要求设计程序进行实验仿真，这样有助于学生及时理解课上所学内容。

3.教学的创造性。主要激发学生学习单片机的兴趣及学习主观能动性，提高学生科研能力及创新能力。该阶段主要与实训或课程设计教学环节相结合。学生根据设计任务及要求设计硬件电路，包括CPU型号的选择、元器件型号的选择、各参数的设置、各部分电路的设计及连接等，并绘制Proteus硬件原理图；根据硬件功能模块进行软件设计，包括系统总体设计框图、各子模块程序流程图及源代码编写等。软硬件设计完成后，充分利用Proteus与Keil的联合仿真功能，及时发现并改正硬件电路或程序源码的错误。系统仿真成功后，再制作实物，并比较两者的异同。比如设计题目为“步进电机速度控制”，学生可以用Proteus设计出如图2所示的原理图，在Keil软件编写程序后，在Proteus环境仿真运行，很直观地看到控制效果。

四、合理的考核方式

传统采用闭卷考试的方式，对考核学生对知识的理解和记忆具有一定的效果，但是不利于激发学生的创造性和探索新知识的主动性。因此，探索合理的考核方式对提高学生学习积极性和主动性起着非常重要的作用。为此，采取了笔试与实践相结合，并能够体现学生平时学习中表现出来的状态的多元化的考核方式，以其能够更加公平、真实地反映学生的学习水平。笔试考核成绩占50%与实践考核成绩各占40%，平时成绩占10%。笔试考核重点考查学生对相关知识的理解和记忆能力。实践考核既可以选择仿真实验也可以选择实际电路实验，以考查学生的创造性和动手能力。实践证明，通过这种多元化的考核方式，能加强教学过程控制，提高教学质量。学生反映良好，教学效果很好。

五、结束语

《单片机原理及应用》是电类相关专业一门应用面较广、综合性实践性较强的专业课，起着培养学生控制系统设计能力和初步工程经验的作用。文中提出在教学过程引入Proteus仿真软件和Keil构建的虚拟实验室，将实验环节带入了学生平时的学习，不仅解决了理论教学过程中进行课堂演示实验难的问题，而且使学生能够摆脱单片机硬件实验室，在课余时间有一个动手的平台进行单片机系统的软硬件设计，有效地提高了教学效率，扩展了教学时间和空间。考核方式的改革实现了理论与动手能力的真正结合。

参考文献：

[1]伍冯洁，谢斌.基于Proteus与Keil的单片机实验教学改革[J].实验室研究与探索，2009，（28）.

[2]王法杰.基于Proteus和Keil仿真实验平台在单片机教学中的应用[J].大众科技，2008，（6）.

[3]唐明军，王平.单片机课程教学改革的思考与探索[J].中国科教创新导刊，2009，（28）.

作者简介：田红霞（1976-），女，河北省藁城市人，硕士研究生，讲师，研究方向：电气工程及其自动化教学与科研。

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摘要：本文在介绍了单片机原理及应用教学改革措施，论述了利用Proteus和Keil搭建仿真实验的优势，并使其贯穿于单片机教学的各个环节；在考核方式上，提出了笔试与实践相结合的考核方式。实践表明，在实际教学中取得了很好的教学效果，在培养应用型、地方性人才方面取得了较好的效果。

关键词：单片机；Proteus Keil；仿真实验

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）23-0056-02

一、单片机教学的整改措施

《单片机原理及应用》课程是我院建设的精品课。目前有7个专业开设了该门课程。其中机械设计制造及其自动化、测控技术与仪器专业及机电一体化专业因为其课程相关基础知识较薄弱，使得学生对该门课程的学习效果较差。近年来为了提高教学效果采取了以下措施：（1）选取优秀教材，结合前沿技术讲授。（2）CAI与板书相结合。（3）不断培养学生自主学习能力，激励学生课前预习，加强师生课下交流。在课余时间开放实验室给学生。（4）加强实践环节建设，加强学生动手能力培训。实验内容不断更新，兼顾基本训练和创新能力的培养。不定期举办电子设计大赛。

以上各个措施各有可取之处，但是从教学效果来看，并不是最理想的方式。因为理论和实践的结合不能够完全同步进行，而建立课堂虚拟实验室，把理论课放到实验室里进行，则可以解决以上措施存在的教学效果不理想的现象。在进行理论学习时，在实验平台上及时动手操作，那么就可以让学生从理论、视觉和触觉都同时接触到单片机，可以帮助他们理论结合实际地理解单片机。这样理论知识会更加形象，便于理解和记忆，也能让学生及时发现自己对知识的掌握程度。因此将理论知识讲授和实践融合到一起同时进行才是最佳的教学安排。依据单片机实践性很强的特点，本文介绍通过将仿真软件Proteus和Keil相结合以仿真的形式把实验搬进课堂，可以直观地看到教学理论结果，从而最大可能地激发学生的学习积极性、主动性。

二、Proteus和Keil搭建仿真实验的优势

采用Proteus仿真软件和Keil搭建单片机虚拟实验室，不仅可以仿真和观察单片机内部资源的变化，还能够在程序调试过程中观察单片机外围电路的变化情况，使得硬件电路和软件程序互动起来，真正实现了软硬件协同仿真。并且采用Proteus仿真软件进行实验教学，克服了用单片机实验教学中硬件电路固定、学生不能更改、实验内容固定等方面的局限性，可以扩展学生的思路和提高学生的学习兴趣。

实验能力和实验设计能力的培养，是工科学生解决实际工程问题能力中较为重要的。传统的实验教学中，忽视了学生解决实际问题的培养，对于设计能力的培养，则很少涉及到。如果采用传统的实验教学方法，则学生需要购置的设备比较多，增加了他们学习和研究的投入。采用仿真软件后，学习的投入变得比较小，而实际工程问题的研究，也可以先在软件环境中模拟通过，再进行硬件的投入，这样处理，可以节省因方案不正确所造成的硬件投入的浪费，锻炼学生解决实际工程问题的能力，还可以在进行课程设计或进行大实验的时候，具体地在Proteus中做一个工程项目，并将其最后移植到一个具体的硬件电路中，让学生了解将仿真软件和具体的工程实践如何结合起来，利于学生对工程实践过程的了解和学习。

三、虚拟实验室在教学中的应用

1.教学的验证性。该阶段主要用于教学演示，教师通过将Proteus和Keil建立的虚拟实验平台搬到课堂上，将实践教学与理论教学融为一体，从而改进教学效果。另外也让学生熟悉Proteus与Keil软件环境，使学生对单片机实验仿真有感性认识。比如在讲授单片机课程时，学生总是不太理解数码管的动态显示时当刷新频率过高或过低时，会回导致怎样的实验现象。但在课堂上使用Protues和Keil联调建立的实验平台后，单片机教学中许多抽象的概念都可以以直观的方式介绍给学生，这有助于学生对各种理论概念的消化吸收。多片数码管动态显示效果如图1所示。

2.教学的可操作性。该阶段主要是通过实验和作业教学环节，培养学生用Proteus绘制系统原理图及用Keil进行源程序设计的能力。实验指导书给出实验任务与要求、实验原理图。学生可以根据实验原理图，在任何时间、任何地点用Proteus绘制硬件电路图，按照实验要求设计程序进行实验仿真，这样有助于学生及时理解课上所学内容。

3.教学的创造性。主要激发学生学习单片机的兴趣及学习主观能动性，提高学生科研能力及创新能力。该阶段主要与实训或课程设计教学环节相结合。学生根据设计任务及要求设计硬件电路，包括CPU型号的选择、元器件型号的选择、各参数的设置、各部分电路的设计及连接等，并绘制Proteus硬件原理图；根据硬件功能模块进行软件设计，包括系统总体设计框图、各子模块程序流程图及源代码编写等。软硬件设计完成后，充分利用Proteus与Keil的联合仿真功能，及时发现并改正硬件电路或程序源码的错误。系统仿真成功后，再制作实物，并比较两者的异同。比如设计题目为“步进电机速度控制”，学生可以用Proteus设计出如图2所示的原理图，在Keil软件编写程序后，在Proteus环境仿真运行，很直观地看到控制效果。

四、合理的考核方式

传统采用闭卷考试的方式，对考核学生对知识的理解和记忆具有一定的效果，但是不利于激发学生的创造性和探索新知识的主动性。因此，探索合理的考核方式对提高学生学习积极性和主动性起着非常重要的作用。为此，采取了笔试与实践相结合，并能够体现学生平时学习中表现出来的状态的多元化的考核方式，以其能够更加公平、真实地反映学生的学习水平。笔试考核成绩占50%与实践考核成绩各占40%，平时成绩占10%。笔试考核重点考查学生对相关知识的理解和记忆能力。实践考核既可以选择仿真实验也可以选择实际电路实验，以考查学生的创造性和动手能力。实践证明，通过这种多元化的考核方式，能加强教学过程控制，提高教学质量。学生反映良好，教学效果很好。

五、结束语

《单片机原理及应用》是电类相关专业一门应用面较广、综合性实践性较强的专业课，起着培养学生控制系统设计能力和初步工程经验的作用。文中提出在教学过程引入Proteus仿真软件和Keil构建的虚拟实验室，将实验环节带入了学生平时的学习，不仅解决了理论教学过程中进行课堂演示实验难的问题，而且使学生能够摆脱单片机硬件实验室，在课余时间有一个动手的平台进行单片机系统的软硬件设计，有效地提高了教学效率，扩展了教学时间和空间。考核方式的改革实现了理论与动手能力的真正结合。

参考文献：

[1]伍冯洁，谢斌.基于Proteus与Keil的单片机实验教学改革[J].实验室研究与探索，2009，（28）.

[2]王法杰.基于Proteus和Keil仿真实验平台在单片机教学中的应用[J].大众科技，2008，（6）.

[3]唐明军，王平.单片机课程教学改革的思考与探索[J].中国科教创新导刊，2009，（28）.

作者简介：田红霞（1976-），女，河北省藁城市人，硕士研究生，讲师，研究方向：电气工程及其自动化教学与科研。

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